Exergie ist ein Konzept im Bereich der Thermodynamik der Physik, das Entropie als genauere Darstellung dessen ersetzt, was mit Energie passiert, wenn sie in einem offenen System wie in industriellen oder biologischen Prozessen auf der Erde verwendet wird. Einfach ausgedrückt stellt Exergie die in einem System vorhandene Energiemenge dar, die für nützliche Arbeit zur Verfügung steht. Während das System seine Funktion erfüllt, wird Exergie im Prozess verwendet und kann nie wiederhergestellt werden.
In diesem Sinne trägt der Einsatz von Exergie zur Gesamtentropie des Universums selbst bei. Dies liegt daran, dass die Entropie einen Trend zu einer maximalen Energieverteilung bis zu dem Punkt darstellt, an dem keine Veränderung mehr möglich ist, was kürzer als Hitzetod bezeichnet wird. Das Konzept des Hitzetods stellt eine Periode in ferner Zukunft für das gesamte Universum dar, die als geschlossenes System betrachtet wird, in das niemals äußere Energie eindringt. Letztendlich soll die Energie in der fundamentalen Form von Wärme gleichmäßig im gesamten Raum verteilt werden, wodurch eine völlig homogene Umgebung geschaffen wird, in der das Leben selbst unmöglich wäre. Eine Analyse der Exergieenergie ist daher eine Methode, den natürlichen, weit verbreiteten Prozess der Entropie zu nehmen und ihn auf einer kleineren, lokalen Skala auf Maschinen oder jeden geordneten Prozess oder jedes Lebewesen zu untersuchen, das Energie verbraucht, um in einem höheren Zustand zu funktionieren oder zu leben Auftrag.
Die Messung der chemischen Exergie kann wichtig sein, da sie eine Möglichkeit darstellt, den Verbrauch natürlicher Ressourcen und den unvermeidlichen Verlust eines Teils der Masse dieser Ressourcen auf der Erde bei der Umwandlung in Wärme darzustellen, die an den Weltraum verloren geht. Ein Automotor ist ein gutes Beispiel für ein System, das Exergie verbraucht, um zu arbeiten. Da die Energie des Kraftstoffs, den der Motor verbrennt, im Motor in Wärme und Druck umgewandelt wird, wird diese Energie in Abwärme und mechanischer Bewegung an die äußere Umgebung abgegeben, die schließlich in den Weltraum getragen wird und nicht mehr für Nutzarbeit zurückgewonnen werden kann.
Exergie entspricht auf diese Weise dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass unterschiedliche Energieniveaus zwischen Systemen oder Körpern die Tendenz haben, sich im Laufe der Zeit auszugleichen. Auch der erste Hauptsatz der Thermodynamik stimmt mit dem Prinzip überein, wonach Materie weder erzeugt noch zerstört werden kann. Da die Exergieanalyse eine Methode zur Beschreibung der verfügbaren Energie in einem System ist, das Arbeit verrichten kann, behauptet sie nicht, dass Energie vernichtet wurde, sondern lediglich, dass sie einen Zustand erreicht hat, in dem das System sie nicht mehr nutzen kann.
Die Berechnung der Exergieentwicklung für ein System kann mit einer Vielzahl mathematischer Formeln erfolgen. Sie hängen davon ab, wie Energie in das System eingesetzt wird, sei es zur Erzeugung von Exergiewärme, Druck, Schall, Licht oder anderen Formen nützlicher energiebasierter Arbeit. Eine Formel, die verwendet wird, um alle Faktoren darzustellen, lautet:
Ε = U – Ueq + po(V – Veq) – Τo(S – Seq) – Σμo(ni – nieq)i.
In der Formel repräsentieren U, V, S und ni alle Faktoren innerhalb eines geordneten Systems wie einer Maschine oder Lebensform, die ihr internes Energieniveau, Masse pro Volumen und inhärente Entropie umfassen. Seine Größe wird durch sein Molekulargewicht gemessen. Die durch po, To und uo dargestellten Werte sind Platzhalter für die externe Umgebung, einschließlich Druck, Temperatur und chemische Wechselwirkungen. Der Wert von eq steht für das thermodynamische Gleichgewicht, zu dem alle Systeme mit ihrer Umgebung tendieren.
Während die Zunahme von Exergie und Entropie beide als ultimatives Beispiel dafür angesehen wird, wie jede gesteigerte Ordnung, die in die Materie gebracht wird, schließlich rückgängig gemacht wird, basiert ein solches Konzept auf der Idee, dass das Universum ein geschlossenes System ist. Wie eine Uhr, die sich allmählich abwickelt, gelten alle geordneten Prozesse als auf einen Zustand maximaler Entropie und Zufälligkeit zusteuernd. Wenn das Universum jedoch ein offenes System ist, in das äußere Energie eintritt, wie es auf der Erde ständig durch die Energie der Sonne geschieht, dann kann die zunehmende Ordnung auf unbestimmte Zeit verlängert werden. Beide Physiktheorien, die das Vorhandensein eines Multiversums mehrerer paralleler, interagierender Universen postulieren, oder das einer höheren Macht, die den Kosmos überwacht, legen nahe, dass das Universum ein offenes System sein könnte, in dem Energie von außen eintritt und Exergie wieder aufgefüllt wird.